计算机组成原理实训.docx

1、计算机组成原理实训报告编号：004综“计算机组成原理”课程设计报告 基于DJ-CPTH模型机混合运算指令的设计 学生姓名李浩、吴静、杨帆、郭晓杰胡云静、胡亚伟、李嘉月指导教师 齐学梅 所 在 系 电子信息系 所学专业 计算机科学与技术 年 级 11级（2）班 二一二年十二月 基于DJ-CPTH模型机混合运算指令的设计 摘 要 本次课程设计主要对基于DJ-CPTH型计算机组成原理实验系统上微指令系统进行了研究。DJ-CPTH型计算机组成原理实验系统是由江苏启东市东疆计算机有限公司结合国内同类产品的优点，最新研制开发的超强型实验计算机装置。该系统采用单片机管理和EDA控制技术，支持脱机和联PC机两

2、种工作模式，运用系统监控和数码管等实时监视，全面动态管理模型机的运行和内部资源。模型机软硬件配置完整，支持8位字长的多种寻址方式。 CPTH计算机组成原理实验仪，可以由用户自己设计指令/微指令系统，CPTH中内嵌了一个智能化汇编语言编译器，可以对用户设定的汇编助记符进行汇编。本课程设计中主要设计了8条算术运算指令：传送（MOV），加法（ADD），带进位加法（ADDC），减法（SUB）,或（OR），与（AND），取反（CPL），输出（OUT）。通过基于CPTH模型机上指令的设计，实现了执行指令时微程序的控制功能，在指令执行时确实观察到了各个控制信号是如何控制微指令执行过程。 关键词：指令设计 助

3、记符 机器码 微程序 控制信号 引 言 在学完计算机组成原理课程后，对计算机内部组成及运算器、控制器的工作过程有了一个较全面的了解。在此基础上本次课程设计着重对设计指令进行了研究。弄清计算机执行程序时内部软件如何控制其工作是作为计算机专业的同学必须掌握的知识，为今后继续深造或工作打下良好的专业基础。选择这个课程设计有助于对专业知识的进一步理解与夯实，因此选择这个设计题目研究比较有实际意义。让理论与实际相结合进一步加深对计算机内部工作控制的了解。本设计基于DJ-CPTH模型机，在OTA软件上创建几条指令，根据指令的功能设计相应的微程序，确保正确无误后保存指令系统，最后再编一段汇编程序调用设计的微

4、指令系统进行对程序的单微指令跟踪，观察结果是否正确。 1 主要设计工作 (1)本设计完成了表1中八条指令的设计。表1. 相关指令指令助记符指令意义描述MOV A,#*将立即数装入累加器AOR A,*累加器A逻辑或存储器单元里的内容CPL A累加器A内容取反ADDC A, R?累加器A的值加上寄存器R？加进位SUB A,R?累加器A减R1间址的存储器内容ADD A,*累加器A加存储器单元内容AND A,#*累加器A与立即数的与运算 OUT A累加器A内容输出到端口OUT (2)指令设计过程的操作步骤 1）暂定这八条指令的机器码分别为04H，08H，0CH，10H，14H，18H，1CH ，20H

5、。 2）创建指令系统(助记符、机器码)：打开OTA软件，选择文件|新建指令系统/微程序，清除原来的指令/微程序系统，观察软件下方图1的“指令系统”窗口，所有指令码都使用”。指令设计如图1所示。3）微程序设计如图2和图3所示。 图1.指令系统窗口图2.微程序窗口一图3. 微程序窗口二4）根据指令的功能来设计相应的uM微程序，如表2和图4所示。表2.微程序MOV A,#*T1 C7FFF7T0 CBFFFFOR A,*T3 C77FFFT2 D7BFEFT1 FFFE92T0 CBFFFFCPL AT1 FFFE96T0 CBFFFFADDDC A,R?T2 FFF7EFT1 FFFE94T0 C

6、BFFFFSUB A,R?T3 FFT7FFT2 D7BFEFT1 FFFE91T0 CBFFFFADD A,*T3 C77FFFT2 D7BFEFT1 FFFE90T0 CBFFFFAND A,#*T2 C7FFEFT1 FFFE93T0 CBFFFFOUT AT1 FFDF9FT0 CBFFFF图4.部分uM微程序图其内存里的内容如表3所示。表3. 内存内容地址数据0004011202080306040C0511061507180804091C0A015）微程序设计好后选择菜单文件|保存指令系统/微程序功能，保存至NEW.MIC和磁盘E中将新建的指令系统/微程序保存下来，以便以后调用。6）

7、在源程序窗口输入下面程序MOV A，#12HOR A，06HCPL AADDC A，R1SUB A，R1ADD A，04AND A,#01OUT A END将程序另存为NEW.ASM，选择文件|调入指令系统/微程序 ，从磁盘E调入刚设计好的微指令系统将程序汇编成机器码，观察图5反汇编窗口，会显示出程序地址、机器码、反汇编指令。7）反汇编结果如图5所示。图5. 反汇编窗口按快捷图标的F7，执行“单微指令运行”功能，进行程序跟踪，观察执行每条微指令时，数据是否按照设计要求流动，寄存器的输入/输出状态是否符合设计要求，各控制信号的状态，PC及uPC如何工作是否正确。2. 24位控制位分别介绍 (1)

8、XRD ：外部设备读信号，当给出了外设的地址后，输出此信号，从指定外设读数据。 (2)EMWR：程序存储器EM写信号。 (3)EMRD：程序存储器EM读信号。 (4)PCOE：将程序计数器PC的值送到地址总线ABUS上。 (5)EMEN：将程序存储器EM 与数据总线DBUS接通，由EMWR和EMRD决定是将DBUS数据写到EM中，还是从EM读出数据送到DBUS。 (6)IREN：将程序存储器EM读出的数据打入指令寄存器IR和微指令计数器uPC。 (7)EINT：中断返回时清除中断响应和中断请求标志，便于下次中断。 (8)ELP：PC打入允许，与指令寄存器的IR3、IR2位结合，控制程序跳转。

9、(9)MAREN：将数据总线DBUS上数据打入地址寄存器MAR。 (10)MAROE：将地址寄存器MAR的值送到地址总线ABUS上。 (11)OUTEN：将数据总线DBUS上数据送到输出端口寄存器OUT里。 (12)STEN：将数据总线DBUS上数据存入堆栈寄存器ST中。 (13)RRD：读寄存器组R0-R3，寄存器R?的选择由指令的最低两位决定。 (14)RWR：写寄存器组R0-R3，寄存器R?的选择由指令的最低两位决定。(15)CN：决定运算器是否带进位移位，CN=1带进位，CN=0不带进位。 (16)FEN：将标志位存入ALU内部的标志寄存器。 (17)X2、X1、X0三位组合来译码选择

10、将数据送到DBUS上的寄存器。 (18)WEN：将数据总线DBUS的值打入工作寄存器W中。 (19)AEN： 将数据总线DBUS的值打入累加器A中。 (20)S2、S1、S0三位组合决定ALU做何种运算 3.运行结果 （1）MOV指令的运行情况如图6所示。 图6. MOV指令的运行情况（2）OR指令的运行情况如图7所示。图7. OR指令的运行情况（3）CPL指令的运行情况如图8所示。 图8. CPL指令的运行情况（4）SUB指令的运行情况如图9所示。 图9. SUB指令的运行情况（5）ADD指令的运行情况如图10所示。 图10. ADD指令的运行情况（6）AND指令的运行情况如图11所示。图1

11、1. AND指令的运行情况 （7）OUT指令的运行情况如图12所示。图12. OUT指令的运行情况实验结果：累加器A由00-12-17-E8-17 -13 -1F-01确实实现了传送（MOV），或（OR），取反（CPL），带进位加法（ADDC），减法（SUB），加法（ADD），与（AND），输出（OUT）的功能。 总结 通过这次课程设计，基本上了掌握了复杂模型机的设计与实现。与此同时，进一步的了解了计算机系统各模块的基本工作原理、各部件之间的设计与连接、微程序控制器的设计、微指令和微程序的编制与调试等过程。加深了对计算机组成原理理论课程以及本学期实验的巩固。这次的课程设计不仅是对理论的验证，重

12、要的是技术训练和能力培养，包括动手能力、分析问题和解决问题的能力、团队协作能力等的培养。同时要培养学生交流的能力，能够很好的表达自己的设计思想，这也是设计中必不可少的，因此，在整个课程中，指导教师多次与学生交流设计方案，让学生在与老师交流中逐渐理解处理器的工作原理。同时，培养学生书写报告的能力，很多学生只注重编程序，而不重视课程报告的撰写，这需要老师的指导，让学生明白报告不只是给老师看的，更重要的是通过自己的报告的形式提交自己的设计思想。在这次课程设计中，很多计算机组成原理的知识在实际中得到运用。小组成员之间积极的配合，都对计算机系统的基本组成原理有了很深的认识，自身理论知识和动手能力得到很大

13、提高，也培养了我们科学研究的能力，有很大的收获。要想做得更好，就必须平时多了解一些关于计算机组成的知识，这样才会得心应手。参考文献：【1】中国江苏启东市东疆计算机有限公司. DJ-CPTH超强型计算机组成原理与系统结构实验指导书【M】 【2】唐朔飞. 计算机组成原理（第二版）【M】.北京：高等教育出版社 【3】王爱英. 计算机组成与结构（第4版）【M】.北京：清华大学出版社 【4】阎石. 数字电子技术基础（第四版）【M】.北京：高等教育出版社【5】白中英. 计算机组成原理（第三版）【M】.北京：科学出版社【6】白中英. 并行计算机系统结构【M】.北京：科学出版社【7】罗克露. 俸志刚.计算机组

14、成原理【M】.北京：电子工业出版社【8】李文兵. 计算机组成原理（第二版）【M】.北京：清华大学出版社出版 【8】张晨曦 王志英 张春元 戴蔡 肖晓强. 计算机体系结构（第二版）【M】.高等教育出版社出版计算机组成原理课程设计评分表题目基于DJ-CPTH模型机混合运算指令的设计专业班级11级计算机科学与技术（2）班 提交日期2012年12月20日 小组成员学 号姓 名分工和工作量成绩组 长1182042李浩设计MOV、OUT指令组 员1182098吴静设计SUB指令、实验报告截图工作组 员1182025郭晓杰设计ADDC指令、实验报告排版工作组 员1182034胡亚伟设计AND指令、实验报告表格制作组 员1182035胡云静设计ADD指令、实验报告引言组 员1182111杨帆设计CPL指令、实验报告摘要文献的搜集组 员1082039李嘉月设计OR指令、实验报告的关键词小组评分表评分项目分数1、实现情况（15分）完成课程设计要求的情况。2、系统分析（10分）对系统的理解及分析的深入程度。3、系统设计（20分）总体设计、具体设计、数据结构设计等。4、程序设计（30分）程序设计方法和编程工具掌握。5、界面设计（15分）界面友好、操作方便等。6、论文撰写（10分）论文撰写规范、合理等。小组总成绩指导教师评语教师签名日期个人成绩和小组评分及指导教师评语由指导教师填写